机电一体化技术实训教程

兼顾基础入门与进阶应用

配套详细操作步骤与参数设置

理论落地、实操导向、案例驱动

前 言

在智能制造与工业4.0深度融合的时代，机电一体化系统的设计与调试正从传统“实物试错”模式向现代“数字孪生驱动”模式转型。西门子PLC作为工业自动化控制的核心，以其高可靠性、强抗干扰能力、灵活的编程通信特性成为自动化生产线与设备的“神经中枢”；MCD（机电一体化概念设计）作为西门子PLM体系的关键工具，凭借3D建模、物理属性定义、动态仿真与信号交互能力，为机电系统提供了虚拟设计与验证的“数字镜像”。二者的深度结合打通了机械设计、电气控制、虚拟调试的全流程壁垒，既能在无物理样机阶段验证PLC控制逻辑、优化系统方案，又能通过数字孪生实现物理设备与虚拟模型的实时联动，大幅降低研发成本、缩短项目周期，成为装备制造业数字化转型的核心技术支撑。

当前，机电一体化人才培养与工程实践中，普遍存在机械设计与电气控制脱节、虚拟仿真与实际控制割裂、现场调试依赖经验且试错成本高的痛点。本书立足西门子PLC与MCD的协同应用，以“理论落地、实操导向、案例驱动”为核心思路，系统梳理二者结合的技术框架、通信配置、信号映射、联合调试方法，填补了该领域系统化、实操化教材的空白。

本书内容兼顾基础入门与进阶应用，配套详细操作步骤和参数设置，帮助读者快速掌握核心技能。同时，本书注重实践与理论的结合，既讲解技术原理，也分析常见问题和优化策略，助力读者解决实际工程中的通信延迟、信号同步、仿真性能等难题。

希望本书能帮助读者搭建起机械与电气融合的知识体系，掌握西门子PLC与MCD联合应用的核心能力，从容应对智能制造时代的技术挑战，为我国装备制造业的数字化、智能化发展贡献力量。

由于编者水平有限，书中难免存在疏漏与不足，恳请读者和业内专家批评指正。

编 者

2026年2月

前言
第1章 S7-1500 PLC编程软件与基础 1
1.1 TIA Portal V16的操作方法应用实例讲解界面操作 1
1.2 S7-1500 PLC编程指令应用 8
1.2.1 位逻辑指令应用 8
1.2.2　定时器指令应用 12
1.2.3　计数器指令应用 19
1.2.4 功能指令应用 25
1.3 S7-1500 PLC函数块应用 37
1.3.1 数据块 38
1.3.2　组织块 40
1.3.3　函数 41
1.3.4　函数块 44
1.3.5　线性编程和结构化编程 47
1.3.6　函数块应用实例 48
第2章 触摸屏应用 52
2.1 触摸屏用户管理应用实例 52
2.2 触摸屏报警设置方法应用实例 56
2.3 触摸屏配方管理功能应用实例 60
2.4 触摸屏数据记录功能应用实例 65
2.5 触摸屏动画功能应用实例 68
2.6 触摸屏多语言功能应用实例 74
第3章 S7-1500 PLC之间的通信 77
3.1 PROFINET通信应用 77
3.1.1 PROFINET通信功能概述 77
3.1.2 PROFINET通信应用实例 77
3.2 S7通信应用 81
3.2.1 S7通信功能概述 81
3.2.2 S7通信应用实例 81
3.3 Modbus TCP通信应用 90
3.3.1 Modbus TCP通信功能概述 90
3.3.2 Modbus TCP通信应用实例 91
3.4 开放式用户通信应用 96
3.4.1 开放式用户通信功能概述 96
3.4.2 开放式用户通信应用实例 97
第4章 S7-1500 PLC控制变频器应用 107
4.1 S7-1500 PLC通过端子控制V20变频器应用 107
4.1.1 S7-1500 PLC通过端子控制V20变频器功能概述 107
4.1.2 S7-1500 PLC通过端子控制V20变频器应用实例 107
4.2 S7-1500 PLC通过PROFINET通信控制G120变频器应用 111
4.2.1 S7-1500 PLC通过PROFINET通信控制G120变频器功能概述 111
4.2.2 S7-1500 PLC通过PROFINET通信控制G120变频器应用实例 111
第5章 S7-1500 PLC控制伺服驱动器应用 119
5.1 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PN伺服驱动器的应用 119
5.1.1 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PN伺服驱动器功能概述 119
5.1.2 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PN伺服驱动器应用实例 119
5.2 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PTI伺服驱动器应用 132
5.2.1 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PTI伺服驱动器功能概述 132
5.2.2 S7-1500 PLC通过TO模式控制V90 PTI伺服驱动器应用实例 132
5.3 S7-1500 PLC通过EPOS模式控制V90 PN伺服驱动器应用 143
5.3.1 S7-1500 PLC通过EPOS模式控制V90 PN伺服驱动器功能概述 143
5.3.2 S7-1500 PLC通过EPOS模式控制V90 PN伺服驱动器应用实例 144
第6章 PLCSIM Advanced的仿真应用 150
6.1 PLCSIM Advanced虚拟仿真应用实例 150
6.2 PLCSIM Advanced相对齿轮传动仿真应用实例 153
6.3 PLCSIM Advanced绝对齿轮传动仿真应用实例 163
6.4 PLCSIM Advanced凸轮传动仿真应用实例 169
6.5 PLCSIM Advanced CNC插补传动仿真应用实例 172
第7章 MCD软件的仿真应用 179
7.1 MCD软件的基本界面介绍 179
7.2 MCD软件的机械模型参数设置界面介绍 182
7.3 MCD软件的变量链接应用实例 190
7.4 MCD软件的虚拟仿真应用实例 194
7.5 MCD软件的模型修改应用实例 207
参考文献 210

1. 现代教育技术 [张嘉赢 赵月娥]
2. 信息技术与人工智能基础 [阙清贤 罗如为]
3. AI Agent [郑天民 著]
4. 信息素养与人工智能基础 [罗奕 程小恩]
5. 计算方法 [徐应祥]
6. 农村社会调查与SPSS统计分析实务 [主编 黄颖]
7. 大学应用数学（第二版） [主编 郭立娟]
8. 人工智能系统部署与运维 [主编 牟鑫 谢宇]
9. 用英语讲中国故事：高频1000词 [胡玉 编著]
10. AIGC通识与应用（微课版） [主编　林朝平 杨静 ]
11. 数字技术应用 [主编 马永生 姚雪 于德萍]
12. 贵州电网有限责任公司安全监管专业技术人员典型业务知识及案例汇编 [主编 黎安俊 赵凤仪 娄方桥]
13. 算法分析与设计（基于 Python 语言） [主编 王璐烽　张光晨　冯占伟]
14. 大学计算机——人工智能与数字素养 [主编　王家宁　张世龙]
15. 物流中心作业设计与实施 [主编　孙瑞者]
16. 人工智能技术应用项目式教程 [主编　孙丰伟]
17. 融合多因素的位置服务隐私保护：从理论到方法 [李勇军 余雨萍 著]
18. 电力系统继电保护 [主编 王志华 蔡红梅 郭英芳]
19. 风电机组运行与维护 [主编 巩真 呼吉亚 班淑珍]
20. Python程序设计 [主编 卢山]
21. 信息科技基础（上下册） [主编 闵笛 彭增焰]
22. 信息素养与人工智能基础实验教程 [主 编　罗奕 钱前]
23. 藏香鸡高效健康养殖与疾病防控 [黄增文 陈意群 王中成 等 著]
24. 大学物理实验（第三版） [主编 张强 李含 孙耀强]
25. 人工智能通识课实践教程 [主编　冯大春　刘双印　胡海艳]
26. 中学物理实验训练简明教程 [主编 黄永平 吴英]
27. 数据库原理及应用 [主编 解启娜 曾安平 张航旗]
28. 推荐算法 [顾爽 著]
29. 机电设备装配与维修 [主编　周锡]
30. 人工智能赋能教师发展研究与实践 [吴涛 余光华 闵笛 著]